用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置及方法，该装置包含：壳体；固定模块，其与壳体的放置腔相适配，置于放置腔内，其包含：固定模型、固定盖和固定带，该固定模型的上表面设有：与待模拟动物的体表相一致的模型槽，该固定盖滑动盖合在固定模型的上表面，且该固定盖的下表面设有：若干间隔设置的突起块，固定带穿过固定盖两侧，并处于间隔设置的突起块之间；振动模块，其固定在安装腔内，包含：振动电机、电池和调速器，该电池与振动电机和调速器电性连接；以及挡板，其滑动盖合在安装腔的顶部。本发明的装置能够用于构建+Gz及WBV环境下的全新动物模型，为飞行人员颈腰痛的研究提供新的思路和方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于动物实验的装置，具体涉及一种用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置及方法。

背景技术

根据流行病学调查，飞行人员当中颈腰痛为常见病、多发病，成为影响飞行人员健康的主要因素之一，已有大量研究表明，其与飞行加速度(acceleration/G force，G)及飞机造成的全身振动(whole body vibration，WBV)所致的脊柱急慢性损伤密切相关。尤其是长期暴露于z轴方向的+Gz会导致椎体滑脱、椎间盘突出、椎管狭窄、小关节突紊乱等是引起飞行人员颈腰痛的主要病因。虽然已有不少体外实验研究+Gz下的颈腰痛机制，且体内实验的动物模型也多集中在单个椎间盘节段，少有模拟整个脊柱在+Gz下颈腰痛的动物模型建立，进而基于此类模型的深入研究更为少见。另外，WBV也是颈腰痛的不可忽视的发病原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置及方法，解决了现有技术很少有能够建立整个脊柱在+Gz及WBV环境下致颈腰痛的动物模型的问题，为飞行人员颈腰痛的深入研究提供了新思路与新方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置，该装置包含：壳体，其内部腔体通过分割板分离成：安装腔和放置腔，该安装腔内与分割板相对的一端设置有：电池接触片，且该安装腔的侧壁上设有：安装孔；固定模块，其与所述放置腔相适配，置于所述放置腔内，其包含：固定模型、固定盖和固定带，该固定模型的上表面设有：与待模拟动物的体表相一致的模型槽，该固定盖滑动盖合在固定模型的上表面，且该固定盖的下表面设有：若干间隔设置的突起块，该突起块上设有用于实现的固定盖和固定模型滑动盖合的滑道三，固定带穿过固定盖两侧，并处于间隔设置的突起块之间；振动模块，其固定在所述安装腔内，包含：振动电机、电池和调速器，该电池置于电池接触片之间，振动电机固定在与分割板相邻的一侧，调速器的按钮设置在所述安装腔的安装孔上，该电池与振动电机和调速器电性连接；以及挡板，其滑动盖合在所述安装腔的顶部。

其中，所述分割板的顶部设有：凹槽一，所述挡板靠近放置腔的一端设有：凹槽二，所述模型槽与分割板相邻的一端顶部设有：凹槽三，该凹槽一、凹槽二和凹槽三相对应；所述模型槽与分割板远离的另一端顶部设有：凹槽四。

优选地，所述固定模型的两侧设有：若干限位槽，该限位槽内插置有：限位板，该限位板用于对所述固定带进行限位。

优选地，所述安装腔的顶端两侧内壁上设有：滑道一；所述挡板的两侧设有与该滑道一相适配的滑块一。

优选地，所述固定模型的顶部两侧设有：与所述滑道三相对的滑道二；

所述固定模块还包含：插条，该插条的两侧设有上、下平行的滑块三和滑块二，该滑块三与滑道三相配合，滑块二与滑道二相配合。

优选地，所述固定带的两端设置卡扣。

优选地，该装置还包含：补偿插板，其下端薄顶端厚的楔形，用于插置在所述固定模块与放置腔之间的间隙。

优选地，所述模型槽通过3D打印获得。所述壳体也由3D打印获得。

优选地，所述凹槽一、凹槽二和凹槽三均为半圆形凹槽。

本发明的另一目的是提供一种构建脊柱急慢性损伤模型的方法，该方法采用所述的装置，包含：

将固定盖部分打开，将待模拟的动物仰卧置于所述装置的模型槽内，且动物的脊柱与该模型槽的内壁贴合，动物尾部朝向模型槽与分割板相邻的一端，头部朝向模型槽的另一端，盖合固定盖，调整好固定带的位置，将固定带的两端固定在一起；

将所述固定盖取下，所述固定模型放入壳体的放置腔内，若仅通过调速器调节振动频率，则模拟全身振动所致的脊柱急慢性损伤模型；若仅将整个装置固定在动物离心机上进行离心，则模拟飞行加速度所致的脊柱急慢性损伤模型；若既调节振动频率又在动物离心机上离心，则模拟飞行加速度和全身振动所致的脊柱急慢性损伤模型。

优选地，所述固定带通过卡扣固定在一起。

本发明的用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置及方法，解决了现有技术很少有能够建立整个脊柱在+Gz及WBV环境下致颈腰痛的动物模型的问题，具有以下优点：

本发明的用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置，能够从飞行状态下+Gz及WBV这两个主要力学因素入手，构建的动物模型能够从组织、细胞和分子水平，较为深入且系统地研究力学诱导下脊柱损伤的发生机理、颈腰痛的发病机制及防治措施，从而为飞行人员颈腰痛的发病机制研究提供了更为可靠的动物实验证据，进一步阐明其分子机制，为人机工效学设计提供参考数据，并可以为其他相关学科研究提供新的、更加可靠的动物模型，最终达到明确发病机理、降低发病率、缓解临床症状、保证战斗力的目标。

此外，本发明通过使用3D打印的新思路和方法构建实验装置，进而建立动物模型。

附图说明

图1为本发明的用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置的结构示意图一。

图2为本发明的用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置的部分结构示意图。

图3为本发明的固定模块从顶部看的结构示意图。

图4为本发明的固定模块从底部看的结构示意图。

图5为本发明的固定模型的结构示意图。

图6为本发明的固定盖和插条的结构示意图。

图7为本发明的用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置的结构示意图二。

图8为本发明涉及的电路图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置，参见图1-7，该装置包含：壳体10、固定模块20、振动模块、挡板40和补偿插板50，其中，振动模块设置在壳体10内，固定模块20放置在壳体10内。

上述壳体10的底部下表面为平面，能够平稳地放置在实验平台上。壳体10的内部腔体分为：安装腔11和放置腔12，安装腔11和放置腔12通过分割板分离成两个空间，安装腔11的顶部所在表面高于放置腔12的顶部所在表面。振动模块设置在该安装腔11内，固定模块20与放置腔12相适配，置于放置腔12内。

安装腔11的顶端两侧内壁上设有：滑道一111，挡板40的两侧设有与该滑道一111相适配的滑块一42，挡板40能够插进滑道一111，将安装腔11闭合。安装腔11内与分割板相对的一端设置有：电池接触片。

安装腔11和放置腔12之间的分割板上设有：凹槽一，挡板40靠近放置腔12的一端设有：凹槽二41。凹槽一和凹槽二41均为半圆形凹槽。

振动模块包含：振动电机31、电池32和调速器。调速器的按钮331设置在安装腔11的外侧壁的安装孔上，电池卡抵在安装腔11内的电池接触片上，振动电机安装在安装腔11内与分割板紧邻的一端，电池与振动电机和调速器电性连接(参见图8)，调速器用于调节振动电机的振动频率。振动电机采用RF-545双出轴带振子；调速器采用PWM直流电机调速器(工作电压可选择4.5V-35V，输出功率90w，静态电流7uA，PWM占空比1-100％，PWM频率20khz)；电池可选用充电电池，如12V 5600mAh电池。

固定模块20包含：固定模型21、固定盖22、插条23和固定带24。其中，固定模型21的上表面具有：与待实验动物体表相一致的模型槽211，该模型槽211的内壁形状通过扫描待模拟动物的体表形态制作。模型槽211与分割板相邻的一端设有：凹槽三212，该凹槽三212与凹槽一的位置相对，也为半圆形凹槽，用于动物尾部通过；模型槽211的另一端设有：凹槽四213，也为半圆形凹槽，用于贴合动物鼻子，保证动物呼吸通畅。固定模型21的两侧设有：若干限位槽214，该限位槽214内插置有：限位板216，该限位板216用于对固定带24进行限位，避免固定带24的移动。固定模型21的上表面的两侧设有：滑道二215，固定盖22的下表面设有若干间隔设置的突起块221，该突起块221上设有与滑道二215相对应的滑道三222。插条23的两侧设有上、下平行的滑块三和滑块二，滑块三与滑道三222相适配，滑块二与滑道二215相适配。固定带24插置在间隔设置的突起块221之间，其两端在固定模型21的下表面可拆卸地固定在一起，可在固定带24的两端设置卡扣，实现可拆卸地固定。

补偿插板50为楔形，下端薄顶端厚，若固定模块20与放置腔12之间存在间隙，将补偿插板50插置在固定模块20与放置腔12之间的间隙，减少在振动过程中固定模块20的晃动。

本发明的构建脊柱急慢性损伤模型的方法，包含：

将固定盖22部分打开，将待模拟的动物仰卧置于上述用于模拟飞行状态下+Gz及WBV环境的装置的模型槽211内，且动物的脊柱与模型槽211的内壁贴合，动物尾部朝向模型槽211与分割板相邻的一端，头部朝向从模型槽211的另一端，盖合固定盖22，调整好固定带24的位置，将固定带24的两端卡扣在一起，并将限位板216插入限位槽214内，对固定带24限位。

将固定盖22取下，固定模型21放入壳体10的放置腔12内，若仅通过调速器调节振动频率，则模拟全身振动所致的脊柱急慢性损伤模型；若仅将整个装置固定在动物离心机上进行离心，则模拟飞行加速度所致的脊柱急慢性损伤模型；若既调节振动频率又在动物离心机上离心，则模拟飞行加速度和全身振动所致的脊柱急慢性损伤模型。

上述模拟过程中，

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。